ii
HALAMAN PENGESAHAN PENELITIAN DISERTASI DOKTOR
Judul Penelitian : Karakterisasi Polimer Main-Chain Liquid Crystal Elastomers (MCLCEs) Sebagai Kandidat Otot Tiruan Manusia
Peneliti
a. Nama Lengkap : Supardi, M.Si b. NIDN : 0015197104 c. Jabatan Fungsional : Lektor d. Program Studi : Fisika
e. Nomor HP : 085729546571 f. Alamat e-mail : [email protected]
Tahun Pelaksanaan : Tahun ke 1 dari rencana 1 tahun
Biaya Keseluruhan : Rp 47.500.000,- (Empat puluh juta lima ratus rupiah) Yogyakarta, Nopember 2015 Mengetahui,
Dekan FMIPA UNY Ketua Peneliti
Dr. Hartono Supardi, M.Si
NIP.196203291987021002 NIP 19711015 199802 1 001
Menyetujui,
Ketua LPPM Universitas Negeri Yogyakarta
iii
RINGKASAN
Liquid crystals elastomers (LCEs) merupakan material yang mengkombinasikan sifat anisotropic dari liquid kristal dan elastisitas dari jaringan polimernya. Kombinasi dua sifat tersebut meyebabkan LCEs memiliki sifat-sifat mekanik dan optic saat diberikan rangsangan dari luar seperti suhu, medan listrik, medan magnet dan cahaya. Sifat mekanik bahan ini dapat dikontrol melalui pemilihan jenis polimer backbone maupun konsentrasi crosslinker
agent. Sifat-sifat ini menyebabkan LCEs berpotensi besar sebagai kandidat otot tiruan manusia di masa dating.
Penelitian mendalam pada material side-chain liquid crystal elastomers (SCLCEs) untuk mendapatkan efek-efek mekanik telah dilakukan oleh peneliti lain, namun efek mekanik yang ditampilkan masih belum memuaskan. Disisi lain, main-chain liquid crystal elastomers (MCLCEs) merupakan bentuk geometri lain selain SCLCEs yang disintesa dengan cara mengikat-silangkan rantai Liquid crystal polymer dengan crosslinker berbasis
siloxane. MCLCEs baru disintesa dengan mereaksikan vinyl atau vinyloxy-terminated mesogen dengan crosslinker flexible. Crosslinker agentnya adalah
pentamethilcyclopenrasiloxane (C5H20O5S15) yang berpautan langsung dengan unit mesogen
dalam polymer backbone sehingga diprediksi memiliki fleksibilitas dan anistropi lebih tinggi dibandingkan dengan SCLCE. Hal ini membawa MCLCEs berpotensi menghasilkan efek mekanik yang lebih besar. Proposal ini mengusulkan riset untuk mengkarakterisasi bahan ini dari sudut pandang makroskopis maupun mikroskopis dari sampel MCLCEs dengan variasi konsentrasi crosslinker 8%, 12 %, 14 % dan 16%.
Kami telah melakukan penelitian untuk mengkaji efek mekanik bahan MCLCEs oleh induksi termal dan mengkarakterisasi bahan tersebut dengan beberapa metode. Ada 4 (empat) buah sampel MCLCE yang telah dilakukan penelitian. Sampel-sampel tersebut memiliki konsentrasi crosslinker bervariasi, yaitu 8%, 12%, 14% dan 16%. Melalui pengkajian efek
termomekanik diketahui bahwa setiap mendekati pergantian fase nematik-isotropik (N-I) selalu terjadi kontraksi drastis pada bahan sejajar direktor n maupun ekspansi drastis pada
arah tegak lurus n. Hubungan antara kontraksi/ekspansi maksimum terhadap konsentrasi crosslinker dapat dinyatakan dalam garis lurus. Dari garis tersebut juga dapat diketahui
bahwa bahan dengan konsentrasi 16% memiliki elastisitas paling besar.
Sementara itu, kami juga melakukan karakterisasi bahan MCLCE tersebut dengan beberapa metode yaitu, difraksi sinar-x (XRD), kalorimetri dan difraksi sinar laser. Dengan XRD, kami dapat menentukan hubungan antara % kristalinitas terhadap konsentrasi
crosslinker. Dari metode ini diketahui bahwa sampel dengan konsentrasi crosslinker 8%
memiliki derajat kristalinitas maksimum. Hal ini disebabkan karena bahan dengan konsentrasi lebih besar memilki kerumitan ikatan yang lebih besar pula sehingga bahan cenderung lebih amorf.
Metode berikutnya adalah kalorimetri dengan alat DSC. Dengan metode ini, kami dapat mengetahui dimana terjadinya perubahan fase N-I maupun I-N dengan mengamati perubahan entalpi yang terjadi. Dari sini diketahui sampel-sampel mengalami transisi fase pada suhu disekitar 90.15oC, 99.74oC, 103.25oC dan 90.42oC masing-masing untuk
iv
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Alloh swt yang telah memberikan rahmat dan hidayahNya, sehingga pada saat ini kami dapat menyelesaikan laporan Penelitian Disertasi Doktor dengan judul “Karakterisasi Polimer Main-Chain Liquid Crystal Elastomers (MCLCEs) Sebagai Kandidat Otot Tiruan Manusia” yang merupakan bagian dari penelitian disertasi
oleh Peneliti. Melalui kegiatan penetitian ini, diharapkan dapat mendorong bagi peneliti untuk segera menyelesaikan program doktor yang saat ini sedang dilaksankan di Universitas Gadjah Mada. Disamping itu, berawal dari penelitian ini diharapkan akan muncul karya-karya baru yang dapat dikembangkan untuk penetitian lebih lanjut.
Penulisan laporan penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan beberapa pihak yang secara keseluruhan tidak dapat kami sebutkan satu persatu, untuk itu pada kesempatan ini peneliti ingin menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :
1. Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi yang memberikan dana bagi terlaksanya penelitian ini.
2. Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat (LPPM) Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada peneliti untuk segera menyelesaikan program doktor melalui penelitian ini.
3. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan fasilitas bagi terlaksananya penelitian ini dengan baik.
4. Ketua Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan dorongan dan fasilitas bagi terlaksananya pengabdian ini dengan lancar.
5. Semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu dan sangat berperan dalam lancarnya pelaksanaan pelatihan.
Penulis berharap semoga laporan penelitian ini akan memberikan inspirasi dan dorongan pengembangan ilmu fisika di masa yang akan datang.
Yogyakarta, Nopember 2015
v
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PENGESAHAN ii
RINGKASAN iii
DAFTAR ISI iv
DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN
BAB 1. PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Rumusan Masalah 4
Batasan Masalah 5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 6 BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 11 BAB 4. METODE PENELITIAN 13
4.1 Eksperimen Efek Mekanik Induksi Termal Bahan MCLCEs 14 4.2 Karakterisasi Bahan MCLCEs dengan XRD 22 4.3 Karakterisasi Bahan MCLCEs dengan DSC 27 BAB 5. HASIL DAN PEMBAHASAN 30
5.1 Studi Eksperimen Sifat Induksi-Termal pada Bahan Main-Chain Liquid Crystal Elastomers
5.2 Karakterisasi Bahan Main-Chain Liquid Crystal
Elastomers Menggunakan Metode Difraksi Sinar-x (XRD) 36 5.3 Analisis Termal Bahan MCLCEs untuk Berbagai
Konsentrasi Crosslinker dengan Metode Kalorimetri 42 BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN 49
DAFTAR PUSTAKA 50
LAMPIRAN 1. Paper pada jurnal Advanced Material Research
vi
DAFTAR TABEL
Nama Tabel Deskripsi Halaman
Tabel 5.1 Entalpi transisi fase pada berbagai variasi konsentrasi
crosslinker
46 Tabel 5.2 Suhu transisi fase pada berbagai variasi konsentrasi
crosslinker
vii
DAFTAR GAMBAR
Nama Gambar Deskripsi Halaman
Gambar 2.1 Polimer dalam keadaan isotropik (I) dan dalam keadaan anisotropik (N) (Warner dan Terentjev, 2003)
6 Gambar 2.2 Hubungan stress-strain LCE (Gharde et al.,2015) 10
Gambar 4.1 Flowchart langkah-langkah eksperimen untuk menagamati
efek mekanik induksi termal bahan MCLCE 16 Gambar 4.2 Mikroskop Nikon Optiphot-pol dan bagian-bagiannya
(diambil dari polarizing microscope optiphot-pol instruction, Nippon Kogaku)
17
Gambar 4.3 Sebuah alat pengontrol panas digital merk CHINO DB500 (a) dan sebuah CCD camera merk Panasonic (b)
18 Gambar 4.4 Tempat sampel berupa gelas kaca 19 Gambar 4.5 Tempat memanaskan sampel yang terdiri atas hot stage dan
heater 20
Gambar 4.6 Skema termistor, alat untuk sensor suhu 21 Gambar 4.7 Gambaran daerah amorfus dan kristalin dari polimer (atas)
dan struktur polimer pada daerah kristalin (Mulla et.al, 2012) 23 Gambar 4.8 Fitur dasar difraktometer sinar-x 24 Gambar 4.9 Prinsip difraksi sinar-x (hukum Bragg) 25 Gambar 4.10 Difraktometer sinar-x merk Rigaku Miniflex 600 26 Gambar 4.11 Skema dasar dalam pengukuran menggunakan differential
scanning calorimeter
29
Gambar 5.1 Kaca untuk menempatkan sampel 31
Gambar 5.2 Wadah untuk memanaskan sampel yang terdiri atas hot stage dan heater 31
Gambar 5.3
Grafik kontraksi (λx) dan ekspansi (λy) sebagai fungsi suhu
untuk empat sampel MCLCE denagn konsentrasi
crosslinkers masing-masing (a) 8% , (b) 12% , (c) 14%, and (d) 16%.
32
Gambar 5.4 Regresi linier untuk (a) kontraksi maksimum sampel MCLCE pada arah sejajajr terhadap director ˆn dan (b)
ekspansi maksimum pada arah tegak lurus director
34
Gambar 5.5 Shape anisotropy sebagai fungsi suhu untuk empat buah sampel MCLCEs dengan konsentrasi crosslinker
masing-masing adalah 8%, 12%, 14% dan 16 %
35
Figure 5.6 Difraktogram sampel MCLCE dengan konsentrasi
crosslinker 8%
38 Gambar 5.7 Difraktogram sampel MCLCE dengan konsentrasi
crosslinker 12%
39 Gambar 5.8 Difraktogram sampel MCLCE dengan konsentrasi
crosslinker 14%
39 Gambar 5.9 Difraktogram sampel MCLCE dengan konsentrasi
crosslinker 16%
40 Gambar 5.10 Test results of MCLCE samples using x-ray diffraction
method for 8%, 12%, 14%, and (d) 16% of crosslinker
viii concentrations.
Gambar 5.11 The graph show that intercalation occured when crosslinker
concentration was added to the sample.
41 Gambar 5.12 The graph show that intercalation occured when crosslinker
concentration was added to the sample.
42 Gambar 5.13 A set of DSC to characterize the MCLCE samples 44 Gambar 5.14 Hasil pengukuran luasan transisi fase masing-masing untuk
konsentrasi crosslinker 8%, 12%, 14% dan 16%.
45 Gambar 5.15 Grafik menggambarkan hubungan antara entalpi dengan
konsentrasi crosslinker
47 Gambar 5.16 Grafik menggambarkan hubungan suhu transisi fase dengan
konsentrasi crosslinker
ix
DAFTAR LAMPIRAN
1. Paper jurnal Advanced Materials Research Vol. 1123 (2015) pp 69-72 Submitted: 2014-08-31© (2015) Trans Tech Publications, Switzerland doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1123.69 Accepted: 2015-04-05
Judul: Characterization of Main-Chain Liquid Crystal Elastomers by Using Differential Scanning Calorimetry (DSC) Method
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Keadaan kristal cair atau liquid crystal (LC) merupakan suatu keadaan material
yang terpisah dari keadaan gas, cair maupun padat. Keadaan ini digunakan untuk menjelaskan suatu fase yang memiliki keberaturan layaknya kristal tetapi memiliki sifat mengalir seperti halnya cairan (Kelker et al., 1980). Keadaan ini telah menarik
perhatian para ilmuwan karena sifat unik yang dimilikinya. Sebelum tahun 1888, para ilmuwan biologi dibuat kebingungan terhadap fenomena yang terjadi pada sebuah fluida yang berwarna-warni. Friedrich Reinitzer, seorang ahli botani asal Austria mencatat adanya transisi fase pada cholesteryl benzoate. Bahan tersebut berubah
menjadi berwarna putih susu (cloudy liquid) pada suhu 145.5O C dan berubah lagi
menjadi putih jernih pada suhu 178.5o. Ini merupakan karakter khusus yang dimiliki oleh LC. Dia menganggap adanya kemungkinan terjadi fase intermediate antara fase
isotropik dan fase padat. Fase dimana bahan berwarna putih susu tersebut selanjutnya disebut fase kristal cair oleh Lehman (1890) dan Vorlander (1910).
Pengetahuan kristal cair hingga 50 tahun berikutnya tidak menunjukkan adanya perkembangan yang pesat, tetapi walaupun lambat namun pasti hingga diaplikasikannya secara komersial kristal cair ini untuk membuat layar dari kalkulator saku. Penemuan tentang mode hamburan dinamis dan twisted-nematic merupakan hal
yang sangat krusial dalam implementasi komersial kristal cair dalam piranti layar. Saat ini, implementasi kristal cair sudah sangat luas di bidang industri elektronik seperti televisi, LCD projector, kamera, kalkulator dan piranti-piranti lainnya, sehingga istilah kristal cair atau “liquidcrystal” biasa disingkat LCD (liquid crystal display) (Verdusco,
2007). Sifat unik yang dimiliki oleh kristal cair juga memungkinkannya pada aplikasi yang lebih luas tidak hanya sebagai layar semata.
2 (LCE). Sifat elastis ini menjadi sangat menarik karena sifat ini hanya ditemukan pada bahan karet yang memiliki kemampuan untuk kembali ke bentuk semula ketika diberikan regangan. Hal ini yang menjadikan bahan ini memiliki potensi yang besar untuk diaplikasikan ke berbagai macam kebutuhan industri. Ketika sifat elastomer ini digabungkan dengan kristal cair, maka hasilnya adalah sensitivitas yang tinggi terhadap rangsangan luar seperti medan listrik dan magnet, suhu atau cahaya yang menyebabkan bahan ini dapat berubah bentuk, warna dan ukuran (Cho et al., 2006; Yusuf et al.,
2007).
Pengkajian terhadap LCE sebagai kandidat otot buatan diusulkan pertama kali oleh de Gennes et al. (1997). Mereka mengusulkan bahwa penurunan suhu pada daerah
transisi fase isotropik ke fase kristal cair dapat menyebabkan deformasi uniaksial kuat pada LCE pada volume hampir konstan. Finkelmann dan Kundler berikutnya melaporkan bahwa lapisan LCE nematik (NLCE) yang mengandung polysiloxane
menunjukkan kontraksi spontan pada sumbu searah direktor ketika dilakukan pemanasan hingga suhu transisi nematik-isotropik (Thomsen et al., 2001)
Elastomer kristal cair ini menjadi menarik karena dua sifat utama yang dibawanya, yaitu anisotropik oleh kristal cair sebagai unit-unit mesogen dan sifat elastis yang dibawa oleh jaringan polimer. Sebagai konsekuensi bergabungnya dua sifat ini maka LCE menunjukkan efek-efek mekanik dan optik ketika diberikan rangsangan luar berupa suhu, medan listrik, medan magnet dan cahaya. Efek mekanik ini dapat dikendalikan dan dioptimasi dengan konsentrasi crosslinker dan fleksibilitas
polimer backbone. Efek mekanik oleh pengaruh suhu luar ini merupakan hal yang
sangat menarik sebagai kandidat otot tiruan lunak (Yusuf, 2005).
Ada dua jenis LCE, yaitu side chain liquid crystal elastomers (SCLCEs) dan main chain liquid crystal elastomers (MCLCEs). Penelitian mendalam terhadap
material SCLCEs untuk mendapatkan efek-efek mekanik material lunak ini telah dilakukan oleh Yusuf dkk. (Huh et al., 2005; Yusuf et al., 2005; Cho et al., 2006),
3
spacer, unit-unit mesogen pada bahan MCLCEs berikatan langsung dengan polimer backbonenya. Kondisi ini memungkinkan MCLCEs memiliki sifat-sifat yang lebih
menjanjikan dibanding dengan SCLCEs, khususnya sebagai kandidat otot tiruan di masa mendatang.
Pertama kali, MCLCEs disintesa oleh Donnio et al. (2000) dengan cara
mengikat silangkan rantai polimer kristal cair dengn crosslinker berbasis siloxane.
Krauss et al. (2008) mensintesa MCLCEs baru dengan crosslinker agent berupa
senyawa pentamethylcyclopentasiloxane yang berikatan langsung dengan unit mesogen
dalam polimer backbone. Material ini diprediksikan memiliki fleksibilitas dan
anisotropi lebih tinggi jika dibandingkan dengan SCLCEs. Ini berarti bahwa dimungkinkan efek mekanik oleh stimuli suhu luar dari MCLCEs lebih besar. Mengingat begitu besar harapan yang diberikan kepada bahan MCLCEs ini, maka dibutuhkan penelitian yang mendalam tentang efek mekanik induksi termal maupun karakterisasi bahan ini agar dapat dihubungkan sifat mekanik dan sifat mikroskopiknya.
Unit-unit mesogen yang berikatan langsung dengan polimer backbone
berpotensi memiliki efek mekanik induksi termal yang signifikan. Efek ini belum diteliti secara mendalam untuk konsentrasi crosslinker yang bervariasi. Disamping itu,
meningkatnya konsentrasi crosslinker secara langsung akan meningkatkan
kompleksitas ikatan kimia di dalam bahan. Meningkatnya kompleksitas ikatan kimia ini apakah berpengaruh pada derajat kristalinitas sampel MCLCEs. Secara teori, derajat kristalinitas akan menentukan elastisitas dan deformasi strain bahan secara umum, ketika diberikan rangsangan suhu dari luar. Namun demikian, dalam suhu kamar sampel MCLCEs memiliki keberaturan orientasi yang dibawa oleh unit-unit mesogen dan sifat amorf yang dibawa oleh polimer. Gharde et al.(2014) melaporkan bahwa
terdapat kopling unik antara keberaturan anisotropik dan elastisitas jaringan polimer pada sampel Nematic Liquid Crystal Elastomer (NLCE). Dalam kasus sampel
MCLCEs belum diketahui hubungan antara kristalinitas dengan elastisitas.
Tajbakhsh dan Terentjev (2001) mensintesa material side chain siloxane liquid crystalline elastomers dengan perbandingan crosslinker 11UB dan MC bervariasi.
Dengan metode DSC diperoleh hasil bahwa transisi fase nematik-isotropik atau sebaliknya dipengaruhi oleh konsentrasi crosslinker jenis MC, yaitu bahwa ketika
4 tinggi. Dalam penelitian ini, sampel adalah MCLCEs dengan crosslinker agent adalah pentamethylcyclopentasiloxane. Dengan meningkatnya konsentrasi crosslinker belum
diketahui pengaruhnya terhadap suhu transisi fase nematik-isotropik atau sebaliknya. Subekti (2011) menggunakan metode difraksi untuk mengukur panjang gelombang pola konvektif Williams Domain pada kristal cair nematik. Berdasarkan
hasil pengukuran diperoleh pola-pola regular gelap terang atau disebut pola konvektif
Williams Domain dan terbentuk pada sampel dengan arah tegak lurus direktor. Pada
suhu di atas transisi fase kristal cair, kristal cair merupakan cairan yang isotropik. Dalam keadaan isotropik, molekul-molekul kehilangan keberaturan orientasi maupun posisi. Oleh karena pada keadaan isotropik molekul-molekul tidak berjajar (aligned),
maka pola difraksi berupa cincin yang baur dan lemah. Sebaliknya dalam keadaan nematik molekul-molekul kristal cair memiliki keberaturan orientasi berjangkauan panjang. Dalam hal ini unit-unit mesogen cenderung berjajar ke arah direktor sehingga pola difraksi berupa dua lengkungan tajam. Sementara itu, meskipun di dalam sampel MCLCEs terdapat unit-unit mesogen, tetapi dengan kehadiran komponen polimer lainnya kemungkinan akan mempengaruhi bentuk dari pola-pola difraksi tersebut. Oleh sebab itu, permasalahan ini perlu diungkap dengan eksperimen difraksi sinar laser. Dengan demikian, kebaruan terhadap riset ini terletak pada masih minimnya pengkajian terhadap bahan MCLCEs dengan mengkaitkan konsentrasi crosslinker terhadap efek
mekanik induksi termal, derajat kristalinitas bahan, transisi fase nematik-isotropik atau sebaliknya dan pola-pola difraksinya.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belakang masalah di atas, maka rumusan permaalahan penelitian ini:
1. Bagaimana respon bahan MCLCEs dari empat konsentrasi crosslinker terhadap
rangsangan luar berupa panas dengan suhu yang bervariasi serta bagaimana perubahan besaran shape anisotropy yang ditunjukkannya.
2. Bagaimana derajat kristalinitas yang ditunjukkan oleh empat sampel MCLCEs berdasarkan pada difraksi sinar-x hubungannya dengan konsentrasi crosslinker
dan bagaimana hubungan antara konsentrasi crosslinker tersebut terhadap jarak
5 3. Bagaimama transisi fase nematik-isotropik dan isotropik-nematik melalui metode DSC apabila bahan dilakukan heating/cooling untuk bahan dengan konsentrasi crosslinker berbeda dan hubungan antara konsentrasi crosslinker
terhadap besarnya energi panas (entalpi) yang dibutuhkan/dilepaskan saat bahan dilakukan heating/cooling serta bagaimana hubungan antara transisi fase yang diperoleh dengan metode DSC dengan transisi fase melalui pengamatan efek termomekaniknya.
4. Bagaimana pola-pola difraksi sinar laser yang ditunjukkan oleh setiap sampel dan hubungan intensitas cahayanya pada suhu yang bervariasi.
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini akan dibatasi pada pengkajian efek mekanik induksi termal dan karakterisasi sampel MCLCEs dengan konsentrasi crosslinker
masing-masing yaitu 8%, 12%, 14% dan 16%. Pemilihan dari keempat sampel tersebut, mengingat ketersediaan bahan yang ada di laboratorium Fismatel terbatas pada ke empat sampel tersebut. Besaran-besaran yang diukur dari pengkajian efek termomekanik ini antara lain: strain kontraksi yaitu perubahan panjang pada arah sejajar dengan direktor n ( ), strain ekspansi atau perubahan panjang tegak lurus direktor ( dan shape anisotropy (Δ ). Sementara, untuk mengetahui sifat-sifat
mikroskopik bahan akan dilakukan pengujian sampel melalui metode XRD, DSC dan difraksi cahaya. Melalui difraksi sinar-x akan dikaji derajat kristalinitas, perkiraan ukuran kristal dan perubahan parameter d-spacing. Dengan metode DSC, bahan akan
dilakukan heating/cooling untuk memperoleh transisi fase nematik-isotropik dan
TI
pula berjajar beraturan sec dengan batang-batang kak batang-batang penyusunny pada bentuk molekuler re keadaan polimer isotropik Perubahan bentuk rerata m sedikit memodifikasi sifat k rantai polimer bergerak d topologisnya. Kendala yankan tiga unsur penting yaitu keberaturan orientas
. Keberaturan orientasi dibawa oleh kristal cair y od like dengan keberaturan orientasi berjangka
yang tersusun oleh gabungan unit-unit anisotropi secara nematik dan membentuk polimer kristal kaku, rantai panjang ini dapat berubah mema
nya tersebut berjajar-jajar. Hal ini menghasilka reratanya, yaitu dari bentuk sferis ke spheroid pik ke fase nematik seperti ditunjukkan oleh a molekuler yang diakibatkan oleh keberaturan
kristal cair baru ini.
er dalam keadaan isotropik (I) dan dalam keadaa ev, 2003)
an rantai polimer dengan sebuah jaringan gel ak a padatan elastik yang disebut karet (rubber).
ilitas tinggi layaknya cairan. Fluktuasi termal m dengan cepat meskipun hanya sejauh kendala
7 dengan zat cair yang akan memberikan respon berupa aliran. Karet juga memiliki resistansi terhadap deformasi mekanik karena dia memiliki entropi maksimal pada keadaan alaminya (keadaan tak-terdeformasi). Ikatan silang menciptakan hubungan topologis antara rantai-rantai yang menambatkannya pada kandungan padat yang dibuat secara kolektif. Deformasi makroskopis pada bahan sehingga terjadi perubahan yang jauh lebih besar dari bentuk sferis dari keadaan alami dari setiap helai jaringan akan menyebabkan entropi turun. Karena terjadi penurunan entropi menyebabkan energy bebas naik, atau
∆ ∆ 0 (2.1)
Dari ungkapan (2.1) terlihat bahwa perubahan energy bebas hanya bergantung pada perubahan entropi, sementara perubahan entropi dipengaruhi oleh perubahan bentuk molekuler (Warner dan Terentjev, 2007).
Pada tahun 1981, Finkelmann dan kawan-kawan mensintesis elastomer kristal cair pertama kali yaitu polydomain nematic elastomer (Finkelmann et al., 1981).
Sintesa ini didasarkan pada polysiloxane backbone yang menyokong fleksibibilitas
pada jaringan polimer dan membuka peluang adanya sintesa untuk menemukan LCE baru. Pengkajian terhadap bahan ini memunculkan sebuah model molekuler yang mampu menjelaskan secara gamblang fenomena yang dibawa oleh karet unik ini, khususnya pada kemampuannya berubah bentuk dan berotasi terhadap keberaturan orientasinya ketika diberikan rangsangan dari luar (Warner dan Terentjev, 1983). Keberhasilan Finkelmann dan kawan-kawan dalam mensintesis LCE ini memberikan inspirasi kepada banyak ilmuwan untuk mencari cara baru dalam mengkombinasikan antara kristal cair dengan polimer. LCEs ini dihasilkan oleh penggabungan antara polimer yang berikatan silang secara konvensional (karet) dengan kristal cair membentuk sebuah jaringan (Warner dan Terentjev, 2007; Xing dan Radzihovsky, 2008). Molekul-molekul kristal cair dapat terhubung ke dalam backbone utama (main chain) atau dapat pula terhubung disamping backbone (side chain). Polimer kristal cair
yang terbentuk melalui pengikatan molekul-molekul kristal cair pada rantai utama tersebut disebut main chain liquid crystal polymers (MCLCPs), dan polimer yang
terbentuk dari pengikatan molekul kristal cair disamping backbone disebut side chain liquid crystal polymers (SCLCPs). Sementara, elastomer yang dihasilkan oleh ikatan
8 disebut main chain liquid crystal elastomer (MCLCEs) dan side chain liquid crystal elastomer (SCLCEs).
Elastomer kristal cair baik SCLCEs maupun MCLCEs merupakan bentuk polimer yang dihasilkan oleh ikatan silang secara kovalen dari polimer liquid kristal
dengan monomer berupa unit-unit mesogen membentuk jaringan tiga dimensi. Pembentukan rantai anisotropik dari helai-helai jaringan tersebut menghasilkan sifat elastik yang tidak dimiliki oleh elastomer isotropik. Elastomer nematik membawa sifat resisten terhadap regangan (strain) dan bentuk makroskopiknya dapat berubah secara
anisotropik ketika ada rangsangan berupa suhu. Sifat-sifat mekanis dari LCE dapat dikontrol oleh pemilihan fase liquid kristal, rapat crosslinker, fleksibel polymer backbone, penggabungan backbone, gugus kristal cair dan rangsangan yang diberikan
dimensi (Xie and Zhang, 2005; Hashimoto et al., 2008; Cho et al., 2007).
Penelitian intensif efek mekanik induksi termal pada material SCLCEs telah diamati (Yusuf et al., 2004, 2005, 2007). Efek termo-mekanik dari bifunctionally crosslinked SCLCEs dengan crosslinker 8% telah dilakukan secara mendalam.
Penelitian ini mengungkap adanya perubahan panjang spontan bahan pada suhu transisi nematik-isotropik. Deformasi yang terjadi pada material adalah kontraksi pada arah sejajar direktor (||n) dan ekspansi pada arah tegak lurus direktor (┴n).
Cho et al. (2005) juga melakukan penelitian pada SCLCEs. Hasil menarik yang
diperoleh adalah bahwa efek-efek mekanik dan optik elastomer tersebut sangat bergantung pada konsentrasi crosslinker. Yusuf et al.(2007) melakukan kajian tentang
relasi antara efek termo-mekanik dan efek termo-optik. Hasil eksperimen yang dilakukan menunjukkan bahwa terdapat hubungan linier antara efek mekanik dengan efek optik. Hasil ini juga menyimpulkan bahwa efek-efek mekanik juga berkaitan dengan perubahan orientasi unit-unit mesogen di dalam LCE.
MCLCEs disintesa pertama kali oleh Donnio et al.( 2000) dengan cara
mengikat silang rantai polimer kristal cair dengan crosslinker berbasis siloxane
fleksibel. Sementara, MCLCEs yang baru disintesa oleh Krause et al. (2008) dengan
mereaksikan mesogen vinyl atau vinyloxy-terminated di bawah keadaan hidrosililasi
dengan crosslinker yang fleksibel. Crosslinker agent dari MCLCEs ini adalah pentamethilcyclopentasiloxane (C5H20O5S15) yang berikatan langsung dengan unit
9 fleksibilitas dan anistropi lebih tinggi dibandingkan dengan SCLCEs. Hal ini berarti bahwa MCLCEs dimungkinkan akan menghasilkan efek termo-mekanik yang lebih besar. Menurut beberapa penelitian yang dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya, bahan MCLCEs berpotensi besar menjadi kandidat otot buatan (Yusuf, 2006; Li and Keller, 2006; Spillman et al., 2007; Hashimoto et al., 2008), sebagai polarisator akustik
(Terentjev and Warner, 2001; Stenull and Lubinsky, 2004 ), sebagai tunable laser (Finkelmann et al., 2001) dan penyimpan data optis (Ikeda et al., 1995). Sementara itu,
pengkajian secara mendalam pengaruh konsentrasi crosslinker pada bahan MCLCEs
terhadap efek mekanik induksi termal, konsentrasi crosslinker terhadap kristalinitas
bahan, konsentrasi crosslinker terhadap suhu transisi fase dan pengaruh konsentrasi crosslinker terhadap pola-pola difraksi sinar laser belum dilakukan oleh peneliti lain.
Oleh sebab itu, penelitan ini akan memberikan sumbangan yang sangat berharga dalam penjelasan karakter yang dimiliki oleh bahan ini.
Tajbakhsh dan Teretjev (2001) telah melakukan eksperimen untuk mengetahui ekspansi termal spontan yang ditunjukkan oleh LCE. Hasil yang diperoleh berupa suhu transisi fase nematik-isotropik atau isotropik-nematik. Ternyata, transisi fase yang ditunjukkan melalui pengamatan eksperimen tentang efek mekanik bersesuaian dengan suhu transisi yang diperoleh melalui scanning data pada metode DSC.
Bispo et al. (2008) melakukan eksperimen pada bahan MCLCEs untuk
pengaruh jenis crosslinker terhadap sifat mekaniknya. Hasil eksperimen tersebut
menunjukkan bahwa MCLCEs dengan crosslinker anisotropik memiliki kemampuan streching lebih rendah dan lebih fragile jika dibandingkan dengan crosslinker flexibel.
Subekti (2011) melakukan pengukuran terhadap panjang gelombang konvektif
Williams Domain dengan difraksi sinar lase He Ne pada sampel planar kristal cair
nematik MBBA dengan variasi ketebalan diberi stimuli medan listrik luar sehingga terjadi gangguan orientasi pada molekul-molekul rod-likenya. Sebuah pola garis-garis
regular gelap terang yang disebut pola konvektif Williams Domain muncul pada sampel
dengan arah tegak lurus saat tegangan listrik AC mencapai ambang.
Gharde dan Mani (2014) telah melakukan karakterisasi termal pada NLCE dengan Polarizing Microscopy Studies (PMS), DSC dan Thermo Gravimetric Analysis
10 ini menunjukkan bahwa ada bahan lunak berkelas yang dapat digunakan secara luas pada aplikasi biologi seperti otot buatan.
Gharde et al.(2015) menyatakan bahwa apabila gaya mekanik dikenakan pada
material LCE, maka bahan tersebut akan terdeformasi searah dengan gaya. Besarnya deformasi bergantung pada besarnya gaya tersebut. Hubungan stress-strain dari bahan LCE adalah linier atau dengan kata lain mengikuti hukum Hooke. Strain dapat difikirkan sebagai deformasi normal. Hubungan linier stress-strain ini menunjukkan respon elastik dari LCE (gambar 2.2).
11
BAB III
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah yang telah dibuat, maka penelitian ini memiliki tujuan antara lain:
1. Mengamati dan menganalisis respon dari 4 (empat) sampel MCLCEs dengan konsentrasi crosslinker 8%, 12%, 14% dan 16% terhadap rangsangan panas
dengan suhu bervariasi, serta perubahan besaran shape anisotropy untuk
dimensi bidang maupun volume dari empat sampel MCLCEs tersebut terhadap rangsangan luar berupa suhu yang dapat dikendalikan dari suhu kamar hingga di atas suhu transisi fase nematik-isotropik.
2. Menentukan besarnya derajat kristalinitas dari empat sampel MCLCEs melalui metode difraksi sinar-x (XRD) serta menganalisis hubungan antara konsentrasi
crosslinker agent terhadap derajat kristalinitas bahan dan hubungan antara crosslinker agent terhadap d-spacing parameter yang merupakan jarak
cluster-cluster dari atom-atom berat di dalam bahan MCLCEs.
3. Menentukan transisi fase nematik-isotropik dan isotropik-nematik dari setiap sampel MCLCEs melalui analisis data DSC setelah bahan dilakukan heating/cooling serta menentukan hubungan antara konsentrasi crosslinker
terhadap besarnya energi panas (entalpi) yang dibutuhkan atau dikeluarkan pada saat terjadi tranisisi fase dan menganalisis sifat termomekanik yang diperoleh dari eksperimen pertama dengan transisi fase dari setiap sampel.
4. Mengamati pola-pola difraksi sinar laser yang ditunjukkan oleh setiap sampel serta hubungan intensitas cahayanya pada suhu yang bervariasi.
1.2 Manfaat Penelitian
13
BAB IV
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika Material dan Elektronik (Fismatel) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta, Laboratorium Kimia Organik, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Yogyakarta dan Laboratorium Uji Material, Akademi Teknologi Kulit, Departemen Perindustrian Yogyakarta. Laboratorium Fismatel Universitas Gadjah Mada memiliki daya dukung bagi terlaksananya penelitian ini, mengingat laboratorium ini memiliki seperangkat alat yang dapat digunakan untuk mengamati efek induksi termal pada sifat mekanik yang dimiliki oleh sampel MCLCEs melalui pengamatan pada sebuah mikroskop yang terhubung dengan seperangkat komputer pribadi (PC). Sementara, pengamatan sifat-sifat mikroskopik bahan dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik Universitas Negeri Yogyakarta dan Laboratorium Uji Material, Akademi Teknologi Kulit. Di Lab. Kimia Organik UNY telah tersedia satu set alat diffraktometer sinar-x (x-ray diffractometer), sementara Lab. Uji Material ATK tersedia dua set alat yaitu differential scanning calorimeter dan spectrometer Fourier transform infra red.
4.1 Eksperimen Efek Mekanik Induksi Termal Bahan MCLCEs
4.1.1 Alat
Penelitian untuk mendapatkan pengaruh induksi termal terhadap sifat mekanik pada bahan MCLCEs ini akan dilaksanakan dengan menggunakan alat-alat yang tersedia di Laboratorium Fismatel Universitas Gadjah Mada, Jurusan Fisika FMIPA UGM. Beberapa alat penting yang akan digunakan dalam penelitian ini antara lain:
(1).Pisau bedah dan silet untuk memotong sampel. (2).Pinset berfungsi untuk mengambil potongan sampel. (3).Kertas tisu untuk alas sampel di rak kecil.
(4).Rak kecil untuk menempatkan beberapa sampel di dry box.
14 (6).Multimeter untuk mengamati tegangan dari sensor panas.
(7).Solder digunakan untuk mematri kawat serabut kabel pada kaki-kaki sensor suhu. (8).Trafo untuk mengubah tegangan listrik PLN menjadi searah untuk mensuplai daya
lampu penerang pada unit mikroskop.
(9).Power Supply 110 V dan 220V untuk mensupplay daya.
(10).Unit pengendali panas digital merk CHINO DB500 yang berfungsi sebagai pensuplai dan pengendali panas dari luar.
(11).Hot stage dan tembaga berongga yang terhubung langsung dengan unit pengendali panas digital berfungsi sebagai alat yang dikendalikan panasnya sekaligus tempat pemansan sampel.
(12).Mikroskop dengan merk Nikon Optiphot-phol untuk mengamati sampel pada saat dilakukan pemanasan.
(13).CCD kamera merk Panasonic WV-BD400 untuk merekam gambar sampel.
(14).Seperangkat komputer dengan spesifikasi: processor Intel core 2 duo, RAM 2 Gb, graphic card Ati Radeon dan berjalan di platform Windows 7.
(15).Sebuah software aplikasri Pixel View yang berfungsi mendisplay gambar sampel dari kamera yang terpasang di mikroskop.
(16).Perangkat lunak CorelDRAW Graphics Suite X6 32bit berfungsi mengolah gambar.
4.1.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian sifat-sifat makrokopik bahan MCLCEs ini antara lain:
(1).Sampel MCLCEs dengan 4 (empat) konsentrasi crosslinker masing-masing
8%, 12%, 14% dan 16%.
(2).Subtrat kaca berfungsi untuk menempatkan sampel di dalam hot stage.
(3).Isolasi teflon yang berfungsi untuk merekatkan subtrat kaca di dalam hot stage agar tidak bergeser.
(4).Tabel konversi hambatan-suhu dalam derajat celcius yang berfungsi untuk mengkonversi dari hambatan yang terbaca di dalam multimeter ke derajat celcius.
(5).Cairan pembersih lensa kaca mikroskop. (6).Sapu dan tisu pembersih lensa mikroskop. (7).Penghisap debu untuk lensa mikroskop.
15 (9).Kabel-kabel penghantar.
4.2 Rancangan Langkah-langkah Penelitian
Sebelum dilaksanakan eksperimen ini, terlebih dahulu akan dilakukan perancangan langkah-langkah eksperimen. Hal ini sangat penting dilakukan agar hasil penelitan sesuai dengan harapan peneliti. Rancangan langkah-langkah tersebut diilustrasikan pada gambar 4.1.
4.2.1 Checking dan Persiapan Alat Laboratorium
Sebelum melakukan setup alat-alat laboratorium untuk penelitian ini, maka perlu pengecekan terhadap kelayakan peralatan dan bahan yang akan digunakan. Beberapa hal yang perlu dilakukan adalah
(1).Membersihkan lensa pada mikroskop dan lensa okuler dengan cairan khusus. (2).Memilih lensa okuler yang sesuai dengan objek.
(3).Mengecek kelayakan sensor suhu, mengingat piranti ini sangat sensitive dan mudah rusak.
(4).Mengecek ketajaman pisau bedah. Ketajaman pisau bedah akan menentukan kerapian pemotongan sampel, mengingat ukuran potongan sampel sangat kecil sehingga jika tidak dilakukan dengan hati-hati dengan didukung ketajaman pisau maka hasilnya tidak akan memuaskan.
(5).Mengecek tegangan PLN. Perlu diketahui bahwa seluruh alat penelitian termasuk pengendali panas digital CHINO DB500, mikroskop Nikon Optiphot-phol dan kamera CCD Panasonic WV-BD400 harus menggunakan tegangan 110V. Sementara, peralatan lainnya dapat memakai tegangan 220 V. (6).Memberikan tanda pada table konversi hambatan suhu untuk menandai
pada suhu berapa saja yang akan direkam gambarnya di komputer.
(7).Membuat folder khusus di drive komputer agar file tidak tertukar dengan file lainnya.
(8).Meyakinkan bahwa trafo untuk lampu penerang pada mikroskop terpasang 12 V.
16
MULAI
Set up alat laboratorium
Mempersiapkan 4 (empat) sampel MCLCEs dengan konsentrasi
crosslinker 8%, 12%, 14% dan 16%
Pengendalian suhu dan membaca konversi dari hambatan ke suhu
melalui table konversi
Pengamatan efek mekanik induksi
termal bahan MCLCEs
Menganalisa gambar menggunakan software CorelDraw.
Menampilkan hasil analisa dengan software Matlab
SELESAI
Checking alat laboratorium yang akan digunakan
Merekam gambar efek mekanik sampel di komputer.
17
4.2.2 Setup Alat Penelitian
Setelah dilakukan persiapan dan checking alat, langkah berikutnya adalah mensetup alat penelitian. Penelitian ini menggunakan mikroskop dengan merk Nikon Optiphot-pol untuk mengamati kejadian yang terjadi pada sampel. Spesifikasi dari alat ini antara lain: sumber daya 100/120V atau 220/240 50/60 Hz, lampu halogen: 12V-50W OSRAM 64610 atau PHILIPS 7027, sekering: 100/120 1A/250V atau 220/240 0.75A/250V. Gambar 4.2 disajikan bagian-bagian dari sebuah mikroskop dengan spesifikasi tersebut.
Untuk memperoleh sumber panas sebagai stimulus bahan dari luar, maka dipersiapkan sebuah kontrol panas digital merk CHINO model DB500 yang memiliki akurasi tinggi dan kendali dengan tampilan digital berkecepatan tinggi (gambar 4.3 (a)). Spesifikasi alat ini antara lain: akurasi hingga ±0.2%, frekuensi sampling sekitar 0.2 second, panel depan berukuran lebar 48 mm dan tinggi 96 mm. Seri ini memiliki fungsi istimewa termasuk fungsi penala otomatis PID dan fungsi pengisian menggunakan fuzzy logic. Disamping itu, kita dapat menambah antar-muka sehingga dapat komunikasi dengan komputer host.
18 Sementara itu, untuk memperoleh gambar dari mikroskop Nikon Optiphot-pol maka sebuah CCD kamera merk Panasonic WV-BD400 keluaran Matsushita Communication Industrial Co. Ldt dipasang terintegrasi dengan mikroskop tersebut (lihat gambar 4.3 (b)). CCD kamera ini memiliki spesifikasi power 120V AC 60 Hz 5.5 watt, output video 1Vp-p 75 ohm. Gambar hasil rekaman kamera ini dikirim melalui kabel data yang terhubung dari alat ini ke sebuah PC host. Melalui sebuah perangkat lunak PIXEL VIEW, setiap kejadian yang dialami oleh sampel karena pemanasan dapat direkam dan disimpan dalam sebuah folder yang sudah dipersiapkan.
4.2.3 Persiapan Sampel
Dalam penelitian bagian ini, kami akan meneliti pengaruh variasi suhu terhadap efek mekanik yang dihasilkan bahan MCLCEs. Ada 4 (empat) sampel MCLCEs yang akan lakukan pengamatan, yaitu sampel dengan konsentrasi crosslinker 8%, 12%, 14% dan 16%.
Agar keempat sampel tersebut dapat diamati dengan sempurna, maka kami perlu melakukan persiapan-persiapan matang agar tidak banyak sampel yang terbuang percuma, mengingat bahan ini memiliki nilai ekonomi yang relatif tinggi. Langkah-langkah untuk persiapan sampel ini antara lain:
Pemotongan sampel. Pemotongan sampel dilakukan dengan menggunakan pisau bedah. Ukuran potongan sampel dapat diambil kurang lebih 70 m 50 m× potongan ini harus sesuai dengan perbesaran lensa okuler pada mikroskop, karena jika terlalu besar potongan akan mengakibatkan hasil pengamatan efek mekanik sampel saat pemanasan tidak dapat diamati secara maksimal.
(a)
19 Menempatkan sampel pada subtrat kaca. Setelah diperoleh potongan sampel yang sesuai, selanjutnya sampel ditempatkan di atas subtrat kaca. Posisi sampel disetting memanjang dengan arah panjangnya bersesuaian dengan arah direktor n (sejajar dengan
sumbu-x) dan lebar (sumbu-y) bersesuaian dengan arah tegak lurus dengan direktor.
Menempatkan sampel gelas yang telah ditempatkan sampel ke sebuah ruang pemanasan yang terdiri atas hot stage dan heater. Dari ruang inilah setiap kejadian yang dialami sampel akan dipantau melalui mikroskop yang terintegrasi denngan CCD camera dan terhubung dengan PC host. Untuk menghindari ketakstabilan subtrat kaca, maka beberapa potong isolasi perlu ditempelkan pada subtrat kaca dan hot stage agar subtrat kaca tidak mengalami pergeseran posisi. Apabila di tengah-tengah pengamatan terjadi pergeseran posisi, maka kita dapat menadjust posisi sampel dengan cara memutar bagian circular graduated stage pada mikroskop.
Apabila pengamatan sampel sudah dianggap cukup, maka sampel diambil kembali dari subtrat kaca kemudian ditempatkan ke dalam sebuah rak kecil yang sudah diberi alas tisu dan dikembalikan ke dalam sebuah dry box.
Gambar 4.4 diberikan ilustrasi sebuah substrat kaca yang di atasnya ditempatkan sebuah sampel. Selanjutnya substrat kaca dimasukkan ke dalam sebuah wadah yang di dalamnya terdapat sebuah lubang pencahayaan dan logam untuk mengontrol suhu sampel (lihat gambar 4.5).
sampel
kaca
20
4.2.4 Pengendalian Suhu
Pengendalian suhu dilakukan melalui sebuah alat pengendali suhu digital bermerk Chino DB500 series. Ada dua mode pengendalian suhu yang tersedia pada alat ini, yaitu secara otomatis dan manual. Mode manual biasanya lebih sering digunakan mengingat mode ini lebih fleksibel mengatur suhu pada wadah sampel. Range suhu yang dapat diperoleh melalui alat ini sekitar suhu kamar 25oC hingga 115 oC. Penalaan suhu dari alat ini dilakukan
secara perlahan-lahan dengan tujuan agar bahan memiliki kesempatan untuk merespon secara maksimal perubahan suhu yang terjadi. Apabila penalaan dilakukan dengan cepat, maka dapat dipastikan bahwa hasil yang diperoleh tidak akan optimal.
Sebuah sensor suhu (thermistor) ditempatkan di dalam wadah sampel untuk
memantau perubahan suhu yang terjadi di dalam wadah sampel ini (lihat gambar 4.6). Dari setiap perubahan suhu yang dikirimkan dari sensor suhu ini, hasilnya berupa signal elektrik yang terbaca di dalam multimeter berupa hambatan. Karena pada prinsipnya, alat ini terbuat dari bahan yang sensitive terhadap perubahan suhu, sehingga ketika suhu di dalam wadah berubah maka alat ini akan berubah hambatannya. Kemudian, sebuah table konversi dari hambatan ke suhu celcius dipersiapkan untuk mengkonversikan suhu yang terbaca di dalam multimeter. Untuk lebih memudahkan di dalam mengingat-ingat pada suhu berapa saja hambatan akan dikonversi ke suhu, maka perlu ditandai angka-angka pada table tersebut.
Gambar 4.5 Tempat memanaskan sampel yang terdiri atas hotstage dan heater
lightinghole
sample
21
4.2.5 Pengamatan Efek Mekanik Induksi Termal pada Sampel
Pengamatan efek mekanik dari sampel dilakukan dengan menggunakan mikroskop Nikon Optiphot-pol yang terintegrasi dengan CCD camera Panasonic WV-BD400. Data pengamatan yang direkam oleh CCD camera ditransfer ke PC host melalui kabel data yang terpasang pada PC tersebut. Sebuah software antarmuka dipersiapkan untuk melihat secara visual apa yang terjadi pada sampel secara lifetime. Software yang digunakan untuk memantau kejadian pada sampel tersebut adalah PixelView Play TV USB 415 dari Prolink Microsistem Corporation. Perangkat lunak ini dapat berfungsi sebagai time-shifting dan schedule recording.
Pengambilan screenshot melalui PixelView dilakukan pada setiap tahanan yang telah dipilih untuk selanjutnya dikonversi ke dalam suhu celcius. Selama pengamatan biasanya terjadi pergeseran pada sampel karena pengaruh paparan panas dari heater. Untuk mengembalikan pada posisi semula, maka kita perlu memutar bagian circular graduated stage sehingga sampel berada pada posisi horizontal seperti semula. Jika hal ini tidak
dilakukan, maka analisa gambar akan mengalami sedikit kesulitan. Gambar disimpan di dalam sebuah folder yang telah dipersiapkan. Sebelum dilakukan penyimpanan gambar, sebaiknya disetting terlebih dahulu melalui PixelView alamat folder penyimpanan.
4.2.6 Analisa Gambar dan Menampilkannya
Setelah semua gambar tersimpan di dalam folder tertentu, maka gambar telah siap diolah menggunakan perangkat lunak CorelDraw. Pengolahan gambar dimaksudkan untuk memperoleh data secara numerik dari tiap sampel mengenai panjang dan lebarnya untuk
22 setiap suhu yang dipilih. Software ini mampu mengukur dimensi sampel secara otomatis dengan tool yang disediakan dengan mudah. Yang perlu dilakukan hanyalah menempatkan gambar pada posisi yang benar. Data numerik tersebut kemudian disimpan lagi dalam bentuk table. Jika data sudah diperoleh dan disimpan dalam folder tertentu, maka hasilnya sudah siap ditampilkan dalam bentuk grafik. Dalam penelitian ini data ditampilkan dalam bentuk grafik dengan menggunakan Matlab 6.5. Mode grafik dapat dibuat secara bebas.
4.3 Alat dan Bahan untuk Karakterisasi Sampel MCLCEs
Karakterisasi bahan MCLCEs akan dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta dan Laboratorium Uji Material AkademimTeknologi Kulit Yogyakarta. Ada dua metode yang akan digunakan untuk mengkarakterisasi sampel-sampel polimer MCLCEs, yaitu metode difraksi sinar x (XRD) dan differential scanning calorimetry (DSC). Laboratorium Kimia UNY menyediakan satu set difraktometer sinar x
merk Rigaku Miniflex 600 X-Ray dengan spesifikasi: generator daya 600W dengan target tembaga (copper), jangkauan scanning 2θ dari +2o hingga +145o, detector sintilasi dengan monokromator grafit, sistem penukar sampel secara otomatis, zero background dan pemegang sampel kedap udara. Sementara itu, Lab. Uji Material ATK Yogyakarta menyediakan alat differential scanning calorimeter (DSC) dengan spesifikasi: jangkauan suhu -5oC hingga +700 oC, laju pemanasan dan pendinginan 1oC/menit hingga 100 oC/menit, ketelitian suhu ±0,1 oC, presisi suhu ±0,05 oC, presisi kalorimetrik ≥ 18 mW/oC, jangkauan dinamis ±500 mW, suplai daya dan UPS: 220 – 240V, single phase dan 50 Hz compatible dengan Indians condition.
Bahan yang dibutuhkan dalam karakterisasi ini adalah 4 (empat) sampel dengan dimensi masing-masing ~1 cm × 0,8 cm untuk uji dengan XRD dan ukuran dimensi ~5 mm × 5 mm untuk pengujian dengan DSC.
4.3.1 Karakterisasi Bahan MCLCEs dengan XRD
23 kristalografi polimer sejak bertahun-tahun. Metode ini dapat digunakan untuk fase kristalin pda material padat, menentukan derajat kristalias bahan dan mengidentifikasi struktur kristalin. Bagian-bagian kristalin ditunjukkan oleh puncak-puncak difraksi yang sempit dan tajam, sedangkan bagian amorfus akan menampilkan puncak yang sangat lebar.
Difraksi sinar-x merupakan metode yang secara luas digunakan untuk menyelidiki struktur kristal pda zat padat dengan melihat puncak-puncak hamburan kuatnya. Sinar-x sendiri merupakan bentuk dari radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 0.01 hingga 1 nm. Panjang gelombang sinar-x ini berada dalam skala atomic, sehingga difraksi sinar-x ini biasa digunakan untuk menentukan struktur nanomaterial. Ketika foton-foton sinar-x menumbuk atom-atom, maka sebagian atom dari berkas sinar dating tersebut akan dihamburkan menjauh dari arah berkas sinar mula-mula. Gelombang-gelombang sinar-x akan terhambur oleh elektron-elektron dan berinterferensi dengan yang lain. Interferensi inilah yang akan memberikan pola-pola difraksi, posisi puncak-puncak difraksi dan tinggi relatifnya dengan intensitas tersebut bervariasi dengan sudut hamburan. Melalui analisis terhadap pola-pola difraksi tersebut, maka kita akan memperoleh informasi tentang susunan atom di dalam kisi: bentuk dan ukuran dari unit sel diperoleh secara langsung melalui posisi puncak-puncak difraksi sedangkan posisi atom di dalam unit sel berhubungan dengan tinggi dari pucak difraksi.
24 Berkas sinar-x yang terhambur oleh elektron-elektron yang tersusun secara periodic berulang-ulang dari bahan kristal murni akan menampilkan puncak-puncak difraksi yang tajam pada sudut-sudut yang memenuhi persamaan Bragg, apakah kristal terdiri atas atom-atom, ion-ion, molekul kecil atau molekul besar. Bahan amorfus juga dapat mendifraksi berkas sinar-x dan elektron, tetapi difraksi yang terjadi lebih menyebar, low fruency halo
(atau amorfus halo). Analisis terhadap puncak difraksi pada amorfus akan diperoleh
informasi tentang susunan atom secara statistik di dalam tetangga atom alinnya.
Di dalam polimer, yang mana tidak pernah terjadi kristal murni, terjadi superposisi antara hamburan yang menyebar dan tajam. Apabila kristal di dalam polimer memiliki ukuran sangat kecil, maka akan menyebabkan pelebaran pada puncak dibandingkan dengan bahan yang kristal sepenuhnya.
Gambar 4.8 menampilkan fitur dasar dari difraktomer sinar-x. Sudut difraksi 2θ
merupakan sudut antara berkas sinar datang dan sinar terdifraksi. Spectrum difraksi pada umumnya terdiri atas plot internsitas terhadap sudut 2θ. Harga-harga parameter 2θ terhadap
puncak intensitas bergantung pada panjang gelombang material anoda dari tabung sinar-x. Dengan memilih anoda kanan dan energy dari elektron yang dipercepat, maka panjang gelombang dan energy berkas sinar-x dapat dibangkitkan. Tabung sinar-x copper adalah yang biasa digunakan untuk material anorganik. Untuk tujuan praktis, biasanya digunakan berkas sinar-x dengan panjang gelombang tunggal, yaitu radiasi monokromatis untuk meningkatkan hasil eksperimen.
2
θ
θ
Sumber berkas
sinar-x Divergence limiting slit
Detektor sinar-x
sampel
Receiving slit
25 Ketika berkas sinar dihamburkan dari kisi-kisi kristal, maka puncak-puncak dari berkas sinar terhambur yang bersesuaian dengan sudut berkas sinar dating, harus sama dengan sudut hamburan. Sedangkan selisih panjang lintasa berkas cahaya tersebut sama dengan bilangan integer dari panjang gelombang (lihat gambar 4.8). Bragg menurunkan sebuah hokum fisika yang kemudian disebut hokum Bragg utuk jarak d antara bidang-bidang
atom yang identik di dalam kristal (Bower, 2002), yaitu
2 sind θ =nλ (4.1) dengand: jarak antar bidang atom-atom di dalam kristal, θ: sudut antara berkas sinar-x dengan bidang-bidang atomik, n: orde difraksi (bilangan integer: 0, 1, 2, 3, ...), and λ: panjang gelombang berkas sinar-x. Jika intensitas maksimum yang terkandung di dalam hukum Bragg terpenuhi, maka kita dapat menghitung secara detail tentang struktur kristal, atau jika struktur kristal diketahui maka kita dapat menentukan panjang gelombang dari berkas sinar datang pada kristal tersebut. Gambar 4.9 disajikan ilustrasi dari prinsip difraksi sinar x berdasarkan hukum Bragg dan gambar 4.9 adalah foto dari difraktometer sinar-x merk Rigaku Miniflex 600.
d
A C
B d sin θ
θ θ
θ
2θ Berkas
sinar-x datang
Berkas sinar-x dipantulkan
26 Untuk bahan berbentuk polimer metode difraksi sinar-x dapat memberikan informasi tentang struktur polimer yang ditunjukkan oleh keadaan kristalin dan amorf yang bercampur secara acak. Pola-pola hamburan sinar-x pada polimer memberikan informasi perkiraan tentang derajat kristalinitas atau derajat amorfnya dengan cara membandingkan antara luasan daerah kristalin atau daerah amorfnya dengan jumlah luasan kristalin dan amorfnya. Area antara daerah kristalin dengan daerah amorf dapat dihitung secara pasti dengan sebuah paket software komputer tertentu. Derajat kristalinitas dari bahan polimer didefinisikan sebagai persentase perbandingan antara luas area kristalin dengan luas area gabungan antara kristalin dan amorf atau
100%
crystalline c
crystalline amorph A
A A
χ = ×
+ (4.2)
dengan Acrystalline: luas area kristalin and Aamorph: luas area of amorf.
Besarnya kristalinitas di dalam bahan polimer bergantung pada hal-hal berukut ini: (1).Ikatan-ikatan valensi kedua (ikatan hydrogen dan gaya Vander Wall) yang
dapat dibentuk.
(2).Struktur dari rantai polimer (derajat keberaturan) (3).Perlakuan fisis terhadap polimer (penarikan) (4).Sejarah termal dari polimer.
(5).Berat molekuler polimer (Alexander, 1969).
27
4.3.2 Menentukan Ukuran Kristal di dalam Polimer
Melalui data yang diperoleh dari difraksi sinar-x ini, penting juga untuk mengetahui ukuran kristal dari polimer. Ukuran kristal ini dapat diperoleh dari pendekatan dari lebar gelombang berkas sinar-x, dan θ adalah posisi puncak dalam derajat.
Dalam usulan riset ini, kami akan mengamati 4 (empat) sampel MCLCEs dengan konsentrasi crosslinker masing-masing 8%, 12%, 14%, dan 16% dengan dimensi potongan
~1.0 cm x 0.8 cm. Jangkauan pengukuran dari parameter 2 diambil dari 2o hingga 90o. Untuk memperoleh hasil uji tiap sampel dibutuhkan waktu selama 15 menit atau dengan kelajuan operasi 1.4667 degree/sekon. Hasil keluaran adalah difraktogram yang menyatakan hubungan antara intensitas terhadap besaran 2 . Melalui difraktogram tersebut, kami akan menentukan besarnya derajat kristalinitas untuk tiap sampel tersebut, ukuran kristal dalam sampel dan fenomena lainnya.
4.4 Karakterisasi Bahan MCLCEs dengan DSC
Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengukur derajat kristalinitas suatu bahan polimer adalah differencial scanning alorimetry (DSC). DSC merupakan teknik analisa
termal yang dapat mengamati bagaimana kapasitas panas material ) berubah terhadap temperatur. Sebuah sampel yang telah diketahui massanya kemudian dipanaskan atau didinginkan dan perubahan kapasitas panasnya dicatat sebagai perubahan aliran panas. Hal ini memungkinkan kita untuk mendeteksi transisi fisis seperti transisi gelas, kristalisasi dan peleburan (melting). Oleh karena fleksibilitas dari metode ini, maka DSC digunakan dalam
banyak industri termasuk di bidang farmasi, polimer, makanan, kertas, percetakan, manufaktur, pertanian, semikonduktor dan lain-lain. Keuntungan terbesar dari metode DSC adalah kemudahan dan kecepatannya dalam memperoleh data tentang transisi fisis dari sebuah sampel.
28 sebagai fungsi suhu. Bahan acuan adalah sebuah materian inert seperti alumina, indium atau bahkan hanya pemanggang aluminium kosong. Suhu dari sampel maupun bahan acuan kemudian dinaikkan pada laju konstan. Karena DSC berada dalam tekanan konstan, maka aliran panas sama dengan perubahan entalpi
p
Hasilnya dapat bernilai negatif atau positif. Apabila prosesnya adalah indotermik (misalnya melting), yaitu proses dengan terjadi penyerapan panas maka aliran panas yang terjadi pada sampel lebih tinggi dibandingkan ke acuan. Dalam proses ini harga selisih aliran panas berharga positif. Sebaliknya pada proses eksotermis (misalnya kristalisasi, proses ikat silang, reaksi oksidasi dan beberapa reaksi dekompisisi) nilai (dq/dt) adalah negatif.
DSC memiliki dua panci (pan), satu panci untuk wadah sampel dan yang lain untuk
wadah acuan (gambar 4.11). Keduanya terbuat dari bahan platinum untuk memungkinkan operasi suhu tinggi. Di bawah terdapat pemanas (heater). Pemanas pertama berfungsi memanaskan acuan dan satunya lagi untuk memanasi sampel. Arus listrik dialirkan pada kedua heater untuk menaikkan suhu pada laju yang ditentukan. Plot dari selisih antara energy yang disuplai ke dalam sampel terhadap suhu reratanya, jika suhu rerata naik dengan perlahan melewati satu atau lebih transisi termal akan memberikan informasi penting mengenai transisi seperti panas laten atau perubahan tiba-tiba pada kapasitas panas. Selisih daya dari kedua panci digunakan untuk menghitung dH/dt dalam suhu yang sama.
Dalam metode ini, sampel polimer dipanaskan bersama dengan acuan pada pemanggang acuan. Baik pemanggang sampel polimer maupun acuan dipanaskan dengan laju yang sama. Jumlah panas ekstra yang diserap oleh sampel adalah acuan bersama pada bahan acuan.
Hasil dari scanning DSC diperoleh puncak-puncak yang bernilai negatif dan positif, dengan setiap puncak berhubungan dengan proses tertentu seperti kristalisasi dan melting. Dalam polimer, salah satu kasus spesial adalah suhu transisi gelas (Tg), yaitu suhu dengan
polimer dari keadaan amorfus (nonkristalin) berubah menjadi ringkih (brittle), atau dari
29 Definisi tentang suhu transisi gelas adalah bahwa pada suhu ini koefisien ekspansi termal, besaran panas jenis Cp berubah secara drastis. Karena perilaku mekanis polimer
berubah secara mencolok, maka ini merupakan karakteristik penting dalam polimer. Dalam eksperimen dengan DSC, transisi gelas dinyatakan oleh perubahan drastis pada base line yang ditandai dengan perubahan kapasitas panas Cp dari polimer tersebut. Tidak ada entalpi
yang bersesuaian dengan transisi ini (sehingga disebut juga sebagai transisi orde kedua) sehingga efeknya di dalam kurva DSC sangat samar dan hanya dapat diketahui hanya jika instrumen yang digunakan memiliki sensitivitas tinggi.
Bahan sampel Bahan acuan
Pemanas
Komputer untuk memonitor suhu dan mengatur aliran panas
30
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Studi Eksperimen Sifat Induksi-Termal pada Bahan Main-Chain Liquid Crystal Elastomers
Elastomer Kristal Cair (Liquid Crystal Elastomers) merupakan material lunak yang
mengkombinasikan sifat anisotropic yang dibawa oleh molekul-molekul kristal cair yang tergabung di dalam rantai polimer dan sifat elastic (atau rubbery) oleh ikatan silang antar
polimer yang menginisiasi struktur rubbery isotropic atau non isotropic bergantung pada suhu
yang dikenakan padanya (Dey at al., 2013). Kombinasi dari dua sifat fisis yang dimiliki ini
menyebabkan LCE memperlihatkan sifat-sifat mekanik dan optic ketika diberikan rangsangan dari luar, seperti suhu, medan listrik, medan magnet dan cahaya. Kompleksitas struktur dan gejala fisis yang dimiliki bahan ini menjadikan trending topic penelitian baik
dasar maupun aplikasi teknologi seperti penelitian tentang otot buatan (artificial mucles)
(Buguin at al., 2006; Li at al., 2006; Wermter at al., 2001), aktuasi termo-mekanik (Warner at al., 2007; Thomsen at al., 2001), sensor (Ohm at al., 2010) dan aplikasi lainnya. Sifat
termo-mekanik ini menjadikan LCE digadang-gadang kelak bakal sebagai kandidat otot buatan.
LCE yang pertama disintesis oleh Finkelman dan kawan-kawan yaitu polydomain nematic elastomer (Finkelman at al., 1981) dengan mendasarkan pada polysiloxane backbone
yang memberikan fleksibilitas pada jaringan polimer dan memberi kemungkinan baru untuk sintesis LCE baru. Penelitian mendalam menggunakan material Side-Chain Liquid Crystal Elastomers (SCLCEs) untuk mendapatkan efek-efek mekanik material halus ini telah dilakukan oleh Yusuf dan coworker, namun sayangnya efek mekanik yang ditampilkan oleh material SCLCEs masih kurang memuaskan sehingga perlu dicari bahan lain yang memberikan efek termo mekanik lebih besar. Sementara itu, Main-Chain Liquid Crystal Elastomers (MCLCEs) adalah bentuk geometri lain selain SCLCEs yang disintesa pertama kali oleh Donnio dan Co-Worker dengan cara memaut-silangkan rantai polimer Kristal cair dengan crosslinker berbasis siloxane fleksibel. Mclce yang baru disintesa oleh
Sanchez-Ferrer dan Finkelmann dengan mereaksikan vinyl atau vinyloxy-terminated mesogen dengan
crosslinker flexible. Cross-linker agent dari MCLCE ini adalah
pentamethilcyclopenrasiloxane (C5H20O5S15) yang berpautan langsung dengan unit mesogen
31 dibandingkan dengan SCLCE. Hal ini berarti bahwa MCLCE ini dimungkinkan akan menghasilkan efek termo-mekanik yang lebih besar. Dalam paper ini, kami menyajikan hasil setudi eksperimental tentang sifat termo-mekanik yang dibawa oleh MCLCE sebagai fungsi temperature dengan sampel MCLCE dengan konsentrasi crosslinker 8%, 12 %, 14 % dan
16%.
Experimental
Penelitian ini menggunakan material MCLCEs yang dikembangkan oleh Krause dan coworker [6]. Sintesa polimer main-chain dilakukan dengan reaksi hydrosilylation secara langsung dengan melarutkan monomer 2-ethyl-1,4-phenylen bis [4-[4-(viniloxy)buboxy] benzoate] (C34H38O6), chain extender 1,1,3,3, -tetramethyldisiloxane (C4 H14 O Si2) dan
crosslinker agent pentamethylc (C5 H20 O5 Si2) yang fleksibel.
Untuk mengukur perubahan panjang kearah sumbu-x dan sumbu-y pada bahan MCLCE selama terjadi variasi terhadap suhu, maka kami menyiapkan sebuah sampel untuk masing-masing konsentrasi crosslinker dengan potongan sejajar director n (sampel planar).
Lempengan MCLCEs untuk konsentrasi 8% memiliki ukuran ~ 125 µm × 58 µm, 12 % ~ 72 µm × 48 µm, 14% ~ 112 µm × 56 µm dan 16% ~ 73 µm × 29 µm. Sampel-sampel tersebut ditempatkan pada sebuah gelas kaca steril dan ditempatkan di atas hot stage dan heater
(elemen panas) yang terbungkus teflon. Variasi suhu dikontrol dengan sebuah system control listrik (digital controlled CHINO DB500). Sebuah sensor suhu, berbahan platinum
ditempatkan di dalam wadah tersebut untuk mengetahui perubahan suhu yang terjadi di dalam wadah tersebut. Perubahan hambatan karena perubahan suhu di dalam wadah diamati dengan sebuah multimeter.
Untuk merekam gambar dari perubahan panjang sampel, dipasang sebuah charged coupled device (ccd) kamera (Panasonic WV-BD400) yang terhubung langsung dengan
computer, sehingga kita dapat memperoleh keadaan sampel tersebut pada setiap saat.
sampl
Hasil dan Pembahasan
MCLCEs memili perubahan panjang bahan ini ke sampel MCLCE terjadi pada ara tegak lurus director v . Hal ini de pada Gambar 5.3. Perubahan ini yaitu suhu perbatasan antara fase
(a)
(c)
Gambar 5.3 Grafik kontraksi (λx) dan konsentrasi crosslinkers
iliki sifat termo-mekanik yang diperlihatkan de ketika diberikan rangsangan berupa suhu. Kontr rah sejajar director n, dan ekspansi panjang terja
dengan jelas diperlihatkan dari hasil eksperimen s ini terjadi secara drastic ketika suhu mendekati su
se nematik dan isotropic.
(b)
(d)
an ekspansi (λy) sebagai fungsi suhu untuk empat sampel M s masing-masing (a) 8% , (b) 12% , (c) 14%, and (d) 16%.
32 dengan adanya ntraksi panjang rjadi pada arah seperti terlihat suhu kritis Tc,
33 MCLCE dengan empat konsentrasi crosslinker (8%, 12%, 14% dan 16%) telah diteliti
dengan cara pemanasan sampel. Saat terjadi perubahan suhu di dalam sampel secara perlahan, hal ini menyebabkan perubahan orientasi pada main-chain mesogenik. Perubahan ini menyebabkan berkurangnya orde nematik sehingga menyebabkan perubahan panjang pada jaringan crosslinker rantai polimer. Kontraksi terjadi pada crosslinker yang sejajar
dengan director n dan pertambahan panjang terjadi pada bagian yang tegak lurus n.
Perhitungan perubahan panjang relative MCLCE (
λ
) dilakukan dengan membandingkan panjang sampel terhadap panjang sampel pada fase isotropiknya.Grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 5.3 memberikan informasi bahwa konsentrasi crosslinker sangat berpengaruh terhadap kontraksi dan ekspansi, dimana semakin
besar konsentrasi crosslinker maka perubahan panjang sampel juga semakin besar. Ternyata,
perubahan panjang pada arah sejajardirektor tidak sama dengan besarnya perubahan panjang pada arah tegak lurus director. Perubahan panjang pada arah sejajar n (kontraksi)
memberikan harga jauh lebih besar dibandingkan pada arah tegak lurus n (ekspansi).
Berdasarkan hasil eksperimen diperoleh besarnya perubahan panjang maksimum dari sampel MCLCE antara lain: untuk sampel MCLCE 8% λx,max ∼70%, λy,max ∼26%; untuk MCLCE
12% λx,max ∼87%, λy,max ∼29%; untuk MCLCE 14% λx,max ∼96%, λy,max ∼32%; untuk
MCLCE 16% λx,max ∼108%, λy,max ∼33%, dimana λx,max adalah kontraksi maximum dan ,max
y
λ adalah ekspansi maksimum. Nilai-nilai ini kemudian dilakukan regresi linier untuk memperoleh fungsi perubahan maksimum (kontraksi dan ekspansi) terhadap konsentrasi
crosslinker seperti ditunjukkan pada Gambar 5.4 untuk hubungan kontraksi maksimum
sebagai fungsi konsentrasi crosslinker dan diperoleh fungsi linier ,max 4.5972 32.8542
x X
λ = + (5.1)
Sedangkan hubungan ekspansi maksimum sebagai fungsi konsentrasi crosslinker
disajikan pada Fig. 3.1 yaitu
,max 0.9233 18.8375
y X
Gambar 5.4 Regresi linier untuk (a) ko
ˆ
n dan (b) eks
Shape Anisotropy
Shape anisotropy adala Berdasarkan eksperimen yang dil
x
λ ) yaitu berupa kontraksi dan Dengan data tersebut kita da konsentrasi crosslinker berdasark
(a)
(b)
kontraksi maksimum sampel MCLCE pada arah sejajajr ter kspansi maksimum pada arah tegak lurus director.
alah ukuran dari keseragaman director di d dilakukan bahwa terdapat perubahan panjang ke a n perubahan panjang ke arah tegak lurus directo
dapat menyatakan shape anisotropy dari m rkan pada ungkapan shape anisotropi
34
terhadap director
dalam LCEs. e arah director ( ctor (ekspansi).
35 2
x y
x y
λ λ λ
λ λ
− ∆ =
+ (5.3)
Gambar 5.5 memperlihatkan grafik anisotropy dari MCLCE dengan konsentrasi
crosslinker 8%, 12%, 14% dan 16% dengan pemaparan suhu dari 30o C hingga 105oC. Grafik
dari setiap konsentrasi crosslinker semuanya menuju ke nilai nol. Nilai nol disini
mengindikasikan bahwa system berada dalam keadaan isotropic dimana arah director tidak lagi beraturan. Dengan demikian pemanasan MCLE hingga suhu kritis masing-masing bahan menyebabkan nilai ansotropinya menuju ke nol, atau suatu keadaan dimana tidak lagi ada perubahan panjang pada bahan.
Gambar 5.5 Shape anisotropy sebagai fungsi suhu untuk empat buah sampel MCLCEs dengan konsentrasi
crosslinker masing-masing adalah 8%, 12%, 14% dan 16 %
